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【科普贴】传感器怎么选?(硬件行业必读)

By 玉龙 at 2 年前 , 722 次浏览

许多做硬件的小伙伴想必曾经也为传感器而感到头疼过,在诸多的传感器面前,为了产品的稳妥性不免产生选择困难症。这也是我们为什么要谈这个问题,这里是从技术的范围进行参考,与成本、品牌等没有关系。

要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。
在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。下面是一些具体的选择维度:
1.灵敏度的选择

通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽量减少从外界引入的干扰信号。
传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
2.频率响应特性的选择

传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真。实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。
传感器的频率响应越高,可测的信号频率范围就越宽。在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过大的误差。
3.线性范围的选择

传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。
4.稳定性的选择

传感器使用一段时间后,其性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。
传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。

(图为纳米管质量传感器)
5.精度的选择

精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器阿特拉斯空压机配件。
如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。
对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。

那么,在谈了如何选择传感器的5项原则后,我们再一起来认识一下传感器发展至今的背景知识,例如发展历程、技术特点等。

中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段,它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。传感器技术历经了多年的发展,其技术的发展大体可分三代:
第一代是结构型传感器,它利用结构参量变化来感受和转化信号。
第二代是上70年代发展起来的固体型传感器,这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用材料某些特性制成。如:利用热电效应、霍尔效应、光敏效应,分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。
第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器,是微型计算机技术与检测技术相结合的产物,使传感器具有一定的人工智能。

传感器在自动检测,自动控制中表现出单纯、非凡的能力,总的来说,传感器的技术主要有以下特点。

1.用传感技术进行检测时,响应速度快,精度高,灵敏度高。因为在一些特殊场合下,如测飞机的强度,要在机身、机翼上贴上几百片应变片,在试飞时还要利用传感器测量发动机的参数(转速、转矩、震动),以及机上有关部位各种参数(应力、温度、流量)等,这就要求能够快速反应上述参数变化,要求灵敏度高。现在传感器检测温度可达-273~1000度,湿度在几个 PPM~100%RH,传感器精度可0.001%~0.1% 范围内,传感器可靠度可达8~9级。

2.能在特殊环境下连续进行检测,便于自动记录。能在人类无法生存的高温、高压、恶劣环境中,和对人类五官不能感觉到的信息(如超声波、红外线等),进行连续检测,记录变化的数据。

3.可与计算机相连,进行数据的自动运算、分析和处理。传感器将非电物理转换成电信好后,通过接口电路变成计算机能够处理的信号,进行自动运算、分析和处理。

4.技术的品种繁多,应用广泛。现代信息系统中待测的信息量很多,一种待测信息可由几种传感器来测量,一种传感器也可测量多种信息,因此传感器种类繁多,应用广泛,从航空、航天、兵器、交通、机械、电子、冶炼、轻工、化工、煤炭、石油、环保、医疗、生物工程等领域,到农、林、牧副、渔业,以及人们的衣、食、住、行等生活的方方面面,几乎无处不使用传感器,无处不需要传感器。

另一个方面,传感器产业的特点可以归纳为:基础、应用两头依附;技术、投资两个密集;产品、产业两大分散。
1.基础、应用两头依附 | 基础依附,是指传感器技术的发展依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术这四块基石。敏感机理千差万别,敏感材料多种多样,工艺设备各不相同,计测技术大相径庭,没有上述四块基石的支撑,传感器技术难以为继。
应用依附是指传感器技术基本上属于应用技术,其市场开发多依赖于检测装置和自动控制系统的应用,才能真正体现出它的高附加效益并形成现实市场。也即发展传感器技术要以市场为导向,实行需求牵引。
2.技术、投资两个密集 | 技术密集是指传感器在研制和制造过程中技术的多样性、边缘性、综合性和技艺性。它是多种高技术的集合产物。由于技术密集也自然要求人才密集。
投资密集是指研究开发和生产某一种传感器产品要求一定的投资强度,尤其是在工程化研究以及建立规模经济生产线时,更要求较大的投资。
3.产品、产业两大分散 | 产品结构和产业结构的两大分散是指传感器产品门类品种繁多(共10大类、42小类近6000个品种),其应用渗透到各个产业部门,它的发展既有各产业发展的推动力,又强烈地依赖于各产业的支撑作用。只有按照市场需求,不断调整产业结构和产品结构,才能实现传感器产业的全面、协调、持续发展。

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玉龙 medium avatar
#1 - 2 年前
玉龙

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